運(yùn)算放大器在電子設(shè)計(jì)中有著廣泛而重要的應(yīng)用，但其基本的功能有兩個(gè)：信號(hào)調(diào)理和驅(qū)動(dòng)（非功率驅(qū)動(dòng)，此處為信號(hào)級(jí)驅(qū)動(dòng)）。這對(duì)汽車(chē)電子設(shè)備中的運(yùn)放來(lái)說(shuō)，也同樣適用。本文著重從以下幾點(diǎn)來(lái)談：（1）理想放大器的基本特征；（2）實(shí)際選型的步驟——由此來(lái)理解運(yùn)放選型過(guò)程中需要注意的典型問(wèn)題，以及在應(yīng)用下需要注意的一些參數(shù)，以滿(mǎn)足系統(tǒng)和功能的一些運(yùn)用。

（1）理想放大器的基本特征

理想的運(yùn)放的特性指標(biāo)：

■ 無(wú)窮大的開(kāi)環(huán)增益

■ 無(wú)窮大的帶寬

■ 無(wú)窮大的輸入阻抗（導(dǎo)致了零輸入電流）

■ 無(wú)窮大的壓擺率

■ 零輸出偏置電壓

■ 零輸出阻抗

■ 零噪聲

■ 零成本

（2）實(shí)際選型的步驟

在現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)和使用中，我們找不到所謂的“理想”運(yùn)放。但我們可以依據(jù)實(shí)際電路設(shè)計(jì)的需要，通過(guò)合理的一步步篩選得到我們所需要的運(yùn)放。以下就給出了一些基礎(chǔ)的步驟：

2.1）電路的用途

2.2）通道數(shù)

2.3）關(guān)心的參數(shù)

2.4）價(jià)格

2.5）尺寸

2.6）互換性

2.1）電路的用途

確定電路的用途如同一個(gè)分水嶺，可以把你從數(shù)以萬(wàn)計(jì)的運(yùn)放的選型中解脫出來(lái)。需要感謝半導(dǎo)體公司，他們已經(jīng)幫助我們進(jìn)行了初步的歸類(lèi)和篩選，讓電路設(shè)計(jì)者有了初步的方向。

但也需要小心半導(dǎo)體公司的一些推薦手冊(cè)，因?yàn)橛行r(shí)候?yàn)榱送茝V自己的產(chǎn)品，也會(huì)推薦一些超過(guò)你設(shè)計(jì)需求的器件。在確定了用途之后，就可以進(jìn)行第二步的選擇了。

2.2）通道數(shù)

通道的數(shù)目決定了在一顆運(yùn)放中集成了幾個(gè)同樣的運(yùn)放單元。一般的半導(dǎo)體公司會(huì)在同一個(gè)出品封裝中包含一、二或四個(gè)器件以滿(mǎn)足不同設(shè)計(jì)以及場(chǎng)合的應(yīng)用需求。這些集成在一個(gè)芯片內(nèi)部的運(yùn)放單元，具有相同電學(xué)參數(shù)。一般可以考慮互換使用，需要注意的是，在需要考慮串?dāng)_以及通道分離度的場(chǎng)合，用二個(gè)同類(lèi)運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以獲得更好的設(shè)計(jì)效果。

2.3）關(guān)心的參數(shù)

關(guān)心的參數(shù)分為二大類(lèi)：用作信號(hào)調(diào)理需考慮的主要參數(shù)，以及用作驅(qū)動(dòng)考慮的主要參數(shù)。

2.3.1 用作信號(hào)調(diào)理需考慮的主要參數(shù)

運(yùn)放在信號(hào)鏈中用作信號(hào)調(diào)理的主要作用見(jiàn)表1：

信號(hào)調(diào)理：

? 放大/衰減

? 濾波

? 隔離/從輸入端作為緩沖器隔離

? 隔離/從信號(hào)端作為緩沖器隔離

? 轉(zhuǎn)換（例如V/I轉(zhuǎn)換）

? 阻抗匹配

表1：運(yùn)放在信號(hào)鏈中作為信號(hào)調(diào)理的主要作用

由此可以看出在實(shí)際的選型中需要關(guān)注表2中所列出的內(nèi)容。

■ 信號(hào)類(lèi)型

o 單端信號(hào)

o 差分信號(hào)

■ 性能參數(shù)

o 輸入失調(diào)電壓（Vos）：uV范圍可以接受

o 輸入失調(diào)電流（Ib）：《20pA可以接受

o 共模抑制比（CMRR）：》90dB可以接受

o 電源抑制比（PSRR）： 》90dB可以接受

o 增益帶寬積（GBW）： 大于450MHz

o 總諧波失真（THD）

■ 供電電壓（Vs）：+1.8V~+36V

■ 靜態(tài)電流（Iq）：uA范圍可以接受

表2：用作信號(hào)調(diào)理需考慮的主要參數(shù)

表2中信號(hào)類(lèi)型決定著我們是選用單端信號(hào)還是全差分信號(hào)的運(yùn)放，這也是一個(gè)重要的選擇依據(jù)。確定了這點(diǎn)，就可以把表2中的性能參數(shù)這一列的指標(biāo)拿出來(lái)作為技術(shù)評(píng)審的依據(jù)了。注意這不是萬(wàn)能不變的法則。表2只是給出了一個(gè)大致選擇的框架和方向，實(shí)際的選型還是需要依據(jù)具體的設(shè)計(jì)來(lái)確定，在這里就不一一展開(kāi)闡述。

2.3.2 用作驅(qū)動(dòng)考慮的主要參數(shù)

驅(qū)動(dòng)放大器的一些初步選型原則：

■ 精密放大器，輸入失調(diào)電壓Vos《500uV

■ 低電壓放大器，Vs《2.7V

■ 低功耗放大器，IQ《1mA

■ 寬電壓放大器，電壓范圍越寬越好

■ 一般用途放大器

表3：用作驅(qū)動(dòng)需要考慮的主要參數(shù)

表3中所說(shuō)驅(qū)動(dòng)放大器是指信號(hào)級(jí)的放大器，不包括功率級(jí)的放大器。由于放大器的種類(lèi)很多，只能列舉一些常規(guī)放大器的選型原則作為參考。

2.4）價(jià)格

在完成了參數(shù)選取后，價(jià)格就是一個(gè)重要因素用來(lái)進(jìn)行權(quán)衡了。一般來(lái)說(shuō)，同樣的器件不同的公司都有生產(chǎn)，但是參數(shù)卻不完全相同，國(guó)際知名制造商的參數(shù)一般高于非知名品牌。

當(dāng)然價(jià)格也會(huì)高于非知名品牌（因?yàn)橘|(zhì)量有保證）。這就要看項(xiàng)目的具體需求來(lái)權(quán)衡是選用知名品牌器件還是非知名品牌了。

2.5）尺寸

在PCB面積寸土寸金的時(shí)代，越小的尺寸意味著越小的PCB的面積占用（當(dāng)然前提是滿(mǎn)足功耗和散熱的需求）?；谶@個(gè)原因，越來(lái)越多器件的尺寸在往小型化和迷你封裝的方向上發(fā)展，一個(gè)是為了降低芯片的成本（因?yàn)樾酒南喈?dāng)一部分成本來(lái)自于封裝成本），另外一個(gè)原因是為了提高同其他同類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.6）互換性

為了保證日后批量生產(chǎn)的供貨穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)中也需要考慮互換性，甚至在做設(shè)計(jì)驗(yàn)證（DV）時(shí)，要把可以互換性的IC也做一次設(shè)計(jì)驗(yàn)證，以確保能滿(mǎn)足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然這會(huì)增加一些開(kāi)發(fā)成本，然而如果產(chǎn)品的重要性比這些增加的成本更加重要，互換性就需要重點(diǎn)考慮了。

圖1：放大器的選型步驟

圖1對(duì)放大器的選型步驟做了初步的總結(jié)。但是按照設(shè)計(jì)的步驟在完整的設(shè)計(jì)中選用合適的運(yùn)放，還是需要花時(shí)間去閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)來(lái)做最后確定。

作者簡(jiǎn)介：

高楊

近20年在汽車(chē)電子TOP10公司經(jīng)驗(yàn)，特別是在車(chē)載控制器領(lǐng)域（多媒體、車(chē)身、駕駛輔助及VCU）。曾任職博世汽車(chē)專(zhuān)家級(jí)工程師，超過(guò)10年在汽車(chē)零部件（博世和大陸汽車(chē)），5+年汽車(chē)半導(dǎo)體（德州儀器和英飛凌），歷任多種資深（系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、產(chǎn)品）工程師職務(wù)。豐富的平臺(tái)開(kāi)發(fā)（從0到1）及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程師，定義和開(kāi)發(fā)了德州儀器（TI）第一款智能高邊驅(qū)動(dòng)器（TPS1H100-Q1），填補(bǔ)了公司在汽車(chē)電子市場(chǎng)的技術(shù)路線(xiàn)和市場(chǎng)空白。 整理和標(biāo)準(zhǔn)化了與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)文件，可以直接用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)及融入公司的文件體系中，滿(mǎn)足體系審查要求和提高公司的設(shè)計(jì)流程和管理水平。硬件設(shè)計(jì)流程管理的模板（45+篇），硬件設(shè)計(jì)評(píng)審和檢查清單模板（50+篇）。 企業(yè)內(nèi)訓(xùn)師認(rèn)證（TTT） ，超過(guò)2500頁(yè)汽車(chē)電子設(shè)計(jì)培訓(xùn)內(nèi)容PPT，滿(mǎn)足從入門(mén)、中級(jí)及高級(jí)汽車(chē)電子設(shè)計(jì)的培訓(xùn)要求，目前在4家企業(yè)內(nèi)部實(shí)施過(guò)培訓(xùn)，收到了很好的反饋。 目前獲得13件汽車(chē)電子專(zhuān)利（截止2019年12月）。《EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)》汽車(chē)電子專(zhuān)欄作者

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